Introduction
마늘 재배의 노동투하시간은 10 a당 평균 217.3시간이며, 이중 파종작업에만 33.6시간이 투하되고, 약 70%의 농가는 이 작업에 고용 노력을 이용한다(RDA, 1996). 따라서 이와 같은 작업에 대한 고용 노력의 인건비 지출을 기계화함으로써 총생산비의 가장 많은 부분을 차지하는 인건비의 감소를 가져올 수 있고, 이를 통해 농가의 가격 경쟁력 확보로 농가의 소득 증가에 큰 기여할 수 있다. 그러나 지금까지의 마늘 생산을 위한 기계화율은 19.7% (2015년 기준)으로 벼 99.8%에 비해서는 낮지만 양파 7%, 배추 1.8% 등에 비해서는 높게 보고되고 있다(NIAS, 2016). 마늘 파종의 기계화율이 낮은 이유는 마늘은 1립씩 파종해야 하며, 종자의 파종 자세가 마늘의 생육, 수확량 및 상품성 등에 영향을 미치므로 발근부가 지면에 접하고 맹아부가 위로 오도록 마늘을 세워서 파종해야 하고, 마늘의 특이한 형상 때문으로 판단된다. 양파, 배추의 경우는 직파보다는 모종 이식을 수행하기 때문에 기계화율이 더 낮은 것으로 추측된다. 특히 마늘의 특이한 형상으로 인하여 대부분 기계제작을 통한 시행착오의 방식으로 기능 향상을 꾀하였지만 보다 이론적인 설계를 위하여 동역학 시뮬레이션 기술을 활용하는 방안(Lee et al., 2014)과 롤러 방식의 배종장치 시뮬레이션을 통해 최적의 주 롤러와 보조 롤러 사이의 간격과 각도를 확인하고 이를 해결할 수 있는 방안(Yang et al., 2015)을 제시하였다. 버킷형 마늘파종기는 씨마늘이 1개 올라가는 크기의 버킷을 드럼이나 체인에 장착한 뒤 호퍼 내를 반복 회전하면서 씨마늘을 배종하게 하는데, 파종기의 수평이 맞지 않으면 작동이 불가능하고 고속 작업 시 배종 성능이 크게 떨어지는 단점이 있다(Park et al., 2002). 줄형 마늘파종기는 종이의 재질의 줄에 일정한 간격으로 씨마늘을 부착하고, 이 줄을 감아서 장착한 파종기가 줄을 풀면서 파종을 하는 방식으로 고속 작업 시 배종 성능의 저하는 없지만 배종을 위해 씨마늘을 줄에 부착하는 과정이 추가되는 단점이 있다(Park et al., 2013). 집개형 씨마늘 파종기는 집개가 호퍼 안을 통과할 때 열렸다가 닫히면서 씨마늘을 집어 올리는 방식으로 줄형 씨마늘파종기의 씨마늘을 줄에 부착하는 과정이 사라지고 버킷형 씨마늘파종기의 수평이 맞지 않으면 배종이 되지 않는 단점을 극복하여 상용화에 성공한 기술이었지만 집게형 또한 고속 작업 시 배종 성능이 크게 떨어져 작업 속도 향상에 한계가 있다(Choi et al., 2009). 마늘의 수직 파종을 위한 기초 연구에서는 81%의 수직파종 성공율을 보고한 바도 있다(Lee et al., 2019). 국외에서의 진공식 파종기에 관한 연구에서는 94 - 97%의 배종 성능을 보였는데, 대상 작물이 콩이나 목화씨와 같은 소형, 경량의 작물을 대상으로 하였다(Singh et al., 2005; Yazgi and Degirmencioglu, 2007). 구형의 대형 종자에 대한 진공식 배종 기술 적용에 관한 연구에서는 13.5 - 20.5 kPa에 달하는 매우 높은 진공압력으로 작동하였다(St Jack et al., 2013). 또한 진공식 파종기에 관한 연구로는 고속 파종기 작업속도에서도 일정한 파종간격을 확보하기 위한 두개의 종자판을 갖는 진공식 배종장치에 관한 연구(Degirmencioglu et al., 2018)와 설계를 위한 이론적 접근을 시도한 연구도 수행되었다(Karayel et al., 2004; Onal et al., 2012).
본 연구에서는 전기 구동이 가능하고, 모듈화가 가능하며, 낮은 구동력으로 고속 작업이 가능한 진공식 배종 장치의 기본 설계 구조를 제시하고, 씨마늘의 형상에서 최적의 성능을 보여줄 수 있는 진공식 배종 장치 흡착구의 실리콘 흡착판 설계요소를 변화시키면서 설계요소에 따른 배종 성능 평가를 목표로 하였다.
Materials and Methods
개발된 진공식 씨마늘 배종 장치는 크게 흡입압력 발생부, 흡착부, 배종판, 호퍼로 구성되어 있다. 진공식 씨마늘 배종 장치의 외형은 Fig. 1과 같으며, 주요재원은 Table 1에 나타내었다. 진공식 씨마늘 배종 장치의 작동 원리는 먼저 Fig. 2a와 같이 흡입압력 발생부의 팬모터에서 강한 공기 음압이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 음압은 Fig. 2b와 같이 연결되어 있는 흡착터널을 지나 흡착부에서 씨마늘과, 이물질을 빨아들이게 된다. 부착된 씨마늘은 이후 회전하는 배종판에 의해 외부로 배출되게 된다(Fig. 2c and 2d).
호퍼는 배종 전의 씨마늘이 담겨 있는 통으로 역사다리꼴 형태로 되어 있으며, 부채꼴 형태의 씨마늘이 호퍼 내부에 적채되는 현상을 방지하기 위한 고착 방지 장치가 장착되어 있다. 이 장치는 디스크의 회전에 따라 왕복운동을 함으로써 씨마늘이 호퍼에 적체되지 않고 배출이 용이하게 이루어지게 하는 기능을 수행한다.
배종판은 300 mm의 지름에 두께 10 mm인 아크릴 소재로 제작되었으며, 6개의 흡착틀에 호퍼 내부에 있던 씨마늘이 흡착되면 모터에 의해 회전하는 배종판에 의해 호퍼 외부로 배출하는 기능을 수행한다.
흡착부는 실리콘 흡착틀과 플라스틱 흡착틀로 구성된다. 실리콘 흡착틀은 플라스틱 흡착틀의 안쪽에 부착이 되며, 플라스틱 흡착틀은 배종판에 억지 끼워 맞춤으로 고정된다(Fig. 3). 흡착부를 두 가지 흡착틀로 구성한 이유는 다음과 같다. 강한 흡입압력에 의해 씨마늘이 흡착부의 흡착구에 닿게 되는데 이 때 흡착구가 큰 연신율의 재료로 제작되면 흡입압력에 의해 흡착구가 설계한 것보다 넓은 입구를 갖게 된다. 이 경우 크기가 큰 씨마늘이 흡착구에 걸리거나 흡입압력 발생부까지 씨마늘이 빨려 들어가는 경우를 방지할 수 있다. 그러나 흡착틀 전체가 과도하게 변형이 일어나는 것은 방지해야 하므로 실리콘 흡착틀을 변형이 없는 플라스틱 흡착틀에 끼운 흡착부를 사용하였다. 또한 흡착부에 한 개씩의 씨마늘이 들어갈 수 있도록 하기 위해서 굴곡진 입구가 필요하고, 3D프린터를 이용하여 흡착부를 가공하였다.
흡입압력 발생부는 팬모터와 팬모터에 먼지가 흡인되는 것을 예방하기 위한 먼지포집부로 구성되어 있다. 팬모터의 사양은 Table 1에 나타내었고, 90.6 kPa의 압력을 발생한다. 먼지포집부의 상단은 Y자 형태로 모터를 장착할 수 있게 되어있는 뚜껑, 흡입터널을 통해 흡입된 먼지가 원통, 뚜껑에 연결된 내부필터로 구성되어있다. 먼지포집부는 사이클론 효과를 활용하여 원심력에 의해서 부산물만 먼지 포집부에 남게 되고 공기는 배출되는 방식으로 제작되었다(Fig. 4).
실리콘 흡착틀은 지름이 45 mm, 높이 8 mm의 높이로 제작되었다. 음압에 의해 씨마늘이 부착될 수 있도록 실리콘 흡착틀의 중심에서 8 mm 떨어진 부분에 구멍을 뚫어 씨마늘을 흡착할 수 있도록 하였다. 구멍의 지름은 Kim and Yang (2017)에서 14 mm 이상의 지름이 가장 우수한 결과를 보였다는 것에 기인하여 15 mm 지름의 구멍을 뚫어 씨마늘을 흡착할 수 있도록 하였다. 구멍을 뚫은 곳으로부터 반대편으로 18 mm 떨어진 곳에서 실리콘 흡착틀의 바닥으로부터 30 mm 위치에 중심을 갖는 반지름 27.5 mm의 구를 음각하여 호퍼에 쌓여있는 씨마늘이 하나씩 들어올 수 있도록 제작하였다(Fig. 5).
씨마늘이 실질적으로 부착되는 면은 그림 Fig. 5에 나타낸 것과 같이 실리콘 흡착틀의 면으로서 이 흡착면의 지름은 35, 40 mm 두 가지로 결정하였고, 흡착면에 구형의 음각을 통해 씨마늘이 수월하게 부착될 수 있도록 하였다. 음각된 구의 지름은 흡착면의 지름과 일치하면서 구의 중심이 밑면으로부터 30, 35, 40 mm에 위치하도록 음각하였다(Fig. 6). 실리콘 흡착틀을 구별하기 위해서 음각된 구의 중심이 실리콘 흡착틀의 밑면에서 30 mm 높이에 위치하고 있는 실리콘 흡착틀을 Type 1, 35 mm 높이 일 때 Type 2, 40 mm의 높이일 때 Type 3로 각각 명명하였다. 35, 40 mm 두 가지의 흡착면의 지름을 선택한 것은 최대 지름에 따라 공기 흡착이 작용하는 면적이 달라지며 이때 흡입압도 차이가 있을 것으로 판단되어 35 mm와 40 mm의 지름의 차이를 두었다. 또한, 음각한 구의 중심의 위치를 3단계로 둔 것은 곡률의 차이에 따라 씨마늘의 둥근면이 부착되어지는 것의 차이가 있을 수 있을 것으로 판단하였기 때문이다.
실리콘 흡착틀에 가이드(Fig. 7)를 설치하였는데 그 이유는 불완전하게 부착된 씨마늘이 탈락되지 않도록 하기 위함과 씨마늘의 크기 및 무게는 모두 차이가 있는데 이때 상대적으로 크고 무거운 씨마늘은 팬모터만으로 흡착이 힘듦으로 가이드를 통해 음압을 보조해 줄 수 있게 하기 위함이다. 가이드의 높이는 0, 4, 8 mm로 설정하였으며, 가이드의 각도는 120°로 설치하였다.
진공식 마늘파종기의 흡착부 형상이 배종성능에 미치는 영향을 규명하기 위하여 실리콘 흡착틀은 흡착면의 지름이 35, 40 mm 2종류, 흡착면의 곡률 30, 35, 40 mm의 3종류, 가이드의 높이 0, 4, 8 mm의 3종류로 총 18종의 실리콘 흡착틀 형상의 배종 효과에 관한 성능실험을 시행하였다. 배종성능 실험에는 창녕에서 재배한 남해종 난지형 씨마늘과 의성에서 재배한 한지형 의성종 씨마늘을 사용하였다.
실험에 사용된 마늘은 표준체 13.2, 16, 19 mm로 분류하여 19 mm 표준체를 통과하지만 16 mm 표준체를 통과하지 못한 씨마늘을 이용하였다(Fig. 8). 16 mm 표준체를 통과하지 못한 씨마늘을 선정한 이유는 선행연구에서 제시한 14 mm 이상의 흡입구의 지름보다 작은 씨마늘은 빨려 들어갈 수 있기 때문이다. 또한 19 mm 보다 큰 씨마늘은 기형적 형상이 많아 공시재료에서 배제하였다.
성능평가는 충분한 개수의 씨마늘 종구를 투입하여 총 배종수, 배종 실패수, 다립 배종수를 측정하였으며, 모든 실험은 수준당 3회 반복하여 실시하였다(Table 2). 배종 속도는 초당 1.5개씩 배종을 목표로 진행하였는데, 이는 기존에 Park et al. (2001)의 버킷형 씨마늘 파종기의 0.22 m·s-1에 비해 약 1.5배 속도가 향상된 속도이며, Lee et al. (2003)의 진공식 인삼 파종기의 0.083 m·s-1의 4배의 속도인 0.3 m·s-1의 속도이다. 초당 1.5개씩 배종되도록 배종판을 15 rpm으로 회전하도록 설정하여 배종판의 배종부가 180개 통과하는 2분 동안 측정하였다. 배종성능 평가를 위한 배종 성공, 배종 실패, 다립 배종은 동영상 촬영 후 저속 재생을 통하여 육안으로 계수하였다(Fig. 9).
흡착부 형상에 따른 배종성능을 평가하기 위하여 배종률과 다립률을 식(1)과 식(2)을 이용하여 산출하였다. 실험 결과는 SPSS 프로그램을 이용하여 각 요인 수준별 유의성을 검증하였다.
(1)
(2)
Resuilts and Discussion
남해종 씨마늘의 배종성능
배종률
난지형 씨마늘인 남해 품종에 대한 실리콘 흡착구별 배종률은 Fig. 10에 나타내었다.
Fig. 10에 나타낸 바와 같이 Edge 35 mm 흡착면의 배종율 평균은 89.0%, 40 mm 흡착면의 경우는 89.4%로 나타나 차이가 없었다. 타입별 배종율은 Type 1에서 89.1%, Type 2에서 90.4%, Type 3에서 88.2% 로 나타나 타입 간에도 차이가 없는 것으로 나타났으나, 가이드별 배종율은 0 mm 일 때 81.0%, 4 mm 일 때, 91.2%, 8 mm 일 때, 95.5%로 나타나 가이드 높이는 배종율에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 따라서 배종률에 대한 세가지 설계요인의 영향을 통계적으로 분석하기 위하여 SPSS 25를 이용한 ANOVA 분석을 실시하여 그 결과를 Table 3에 나타내었다. 세 요인 개별 수준과 어떤 조합에서도 95% 신뢰구간에서 유의성을 보이지 않았고, 다만 Guide에서는 수준별 유의확률이 0.000을 보이며, 부분에타 제곱의 값이 0.741로 0.14보다 커서 가이드의 높이는 배종률에 크게 영향을 미치는 것으로 분석되었다.
Table 3. ANOVA table of metering rate for Namhae garlic.
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Df, degree of freedom; Sig., significance. z R squared = 0.761 (adjusted R squared = 0.648). |
다립률
난지형 씨마늘인 남해 품종에 대한 실리콘 흡착구별 다립률은 Fig. 11에 나타내었다. 35 mm 흡착면의 다립률 평균은 14.6%, 40 mm 흡착면의 다립률 평균은 15.7%로 나타났으며, 흡착면의 Type별 다립률은 Type 1에서 15.9%, Type 2에서 14.6%, Type 3에서 15.0% 로 차이가 없었다. 가이드의 높이별 다립률은 0 mm에서 평균 8.5%, 4 mm에서 평균 15.3%, 8 mm에서 평균 21.8%로 차이가 큰 것으로 나타났다.
가이드의 높이를 제외한 Type과 흡착면의 넓이의 수준별로 5% 내외의 미소한 차이를 보이지만 직관적인 경향성을 띄지 않았다.
따라서 역시 다립률에 대한 세가지 설계요인의 영향을 통계적으로 분석하기 위하여 ANOVA 분석을 실시하였으며, 그 결과를 Table 4에 나타내었다. Edge, Type 변수에서는 배종률과 마찬가지로 각 수준별로 유의하지 않아 수준별로 차이가 없었다. Guide 수준 간에서는 유의확률 0.000이고, 부분 에타 제곱의 값은 0.817로 매우 높아 Guide의 높이가 다립률에도 영향을 미치는 것으로 나타났다. 두 개의 수준끼리의 상호작용에서는 다립률에서 유의성이 인정되지 않았지만 Edge-Type-Guide 세 조건 모두 적용이 될 때는 유의확률 0.007이고, 부분 에타 제곱 값은 0.316으로 효과크기가 클 기준인 0.14보다 커 세 가지의 변수의 조합에서는 유의함이 나타났다. 따라서 Edge와 Type의 수준은 다립률에 영향을 미치지 않으나 영향이 큰 Guide가 조합되었을 경우에는 유의성이 인정되어 다립률에도 가이드의 영향이 크다는 것을 확인할 수 있었다. 다만, Edge와 Type의 경우에는 유의확률이 0.137로 신뢰도 85%의 수준에서는 유의한 결과가 나왔다. 다만 씨마늘과 흡입되는 공기와 접촉하는 면적, 씨마늘이 실리콘 흡착틀과 부착되어지는 면의 곡률의 상호작용에 약한 유의성을 띄는 것으로 판단된다. 또한 가이드까지 포함하게 된다면 강한 상호작용이 있는 것으로 나타났다. 따라서 남해 씨마늘의 경우 가장 우수한 성능 조건은 실리콘 흡착틀은 40 mm의 흡착면을 갖으며 Type 2, 가이드의 높이는 4 mm 일 때로 판단된다.
Table 4. ANOVA table of multiple rate for Namhae garlic.
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Df, degree of freedom; Sig., significance. z R squared = 0.848 (adjusted R squared = 0.769). |
의성종 씨마늘의 배종성능
배종률
한지형 씨마늘인 의성종에 대한 실리콘 흡착구별 배종률은 Fig. 12에 나타냈다. 35 mm 흡착면의 배종율 평균은 88.5%, 40 mm 흡착면의 경우는 89.0%로 차이가 없었다. Type별 배종율은 Type 1에서 88.4%, Type 2에서 89.2%, Type 3에서 88.7% 로 나타나 Type 간에도 차이가 없는 것으로 나타났다. 가이드별 배종율은 0 mm 일 때 81.1%, 4 mm 일 때, 89.8%, 8 mm 일 때, 95.4%로 나타나 남해 품종과 마찬가지로 가이드 높이는 배종률에 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 따라서 배종률에 대한 세 가지 설계요인의 영향을 분석하기 위하여 ANOVA 분석을 시행하여, 그 결과를 Table 5에 나타내었다. 한지형 의성 씨마늘의 배종률 유의성 검사에서도 난지형 남해종의 경우와 마찬가지로 오로지 Guide의 경우만 수준별 유의확률이 0.000을 보이며, 부분 에타 제곱의 값이 0.755로 가이드의 높이에 따른 배종률이 남해종 보다 더욱 크게 영향을 받는 것으로 나타났다.
Table 5. ANOVA table of metering rate for Uiseong garlic.
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Df, degree of freedom; Sig., significance. z R squared = 0.769 (adjusted R squared = 0.660). |
다립률
한지형 씨마늘 의성종에 대한 실리콘 흡착구별 다립률은 Fig. 13에 나타내었다. 35 mm 흡착면의 다립률 평균은 25.7%, 40 mm 흡착면의 다립률 평균은 29.5%로 나타났으며, 흡착면의 타입별 다립률은 Type 1에서 27.9%, Type 2에서 27.3%, Type 3에서 27.6% 이였으며, 가이드의 높이별 다립률은 0 mm에서 평균 14.5%, 4 mm에서 평균 28.0%, 8 mm에서 평균 40.3%로 남해종과 마찬가지로 차이가 크게 나타났다. 배종률과 동일하게 가이드가 높아질수록 다립률 역시 높아지는 경향을 보였으며, 남해종 보다 모든 수준에서 다립률이 높게 나타났다. 이는 품종의 물리적 특성의 차이에 의한 것으로 추측된다. 우리나라 마늘파종기에 관한 선행연구(Choi et al., 2001; Park et al., 2001)에서 대표적 품종인 남해종과 의성종의 물리적 특성을 조사한 결과가 있으나 동일 품종이라도 물리적 특성은 다른 결과를 보여주고 있어 다양한 품종에 대한 적응성을 높이기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.
의성종 씨마늘의 다립률에 대한 세 가지 설계요인의 영향을 통계적으로 분석하기 위하여 ANOVA 분석을 실시하였으며, 그 결과를 Table 6에 나타내었다. Edge와 Guide의 각 수준에서, 또한 Edge-Type의 상호작용에서 유의확률이 0.05보다 작아 유의성이 있음을 확인하였다. 흡착면의 지름인 Edge가 다립률에 미치는 영향인 부분 에타 제곱의 값은 0.219로 나타났으며, Edge와 흡착면의 곡률을 결정하는 Type 간의 상호작용을 나타내는 Edge-Type의 부분 에타 제곱 값은 0.183으로 나타나 Edge와 Edge-Type은 다립률에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 가이드의 경우에는 0.896으로 다립률에 매우 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나 영향이 가장 큰 가이드와의 상호작용에서는 어떤 경우든 95% 수준에서 유의성이 인정되지 않았고 단지 Edge-Type에서만 유의성이 인정되는 것으로 나타났다. 이는 남해종의 다립률 분석 결과와 매우 다른 결과로서 이를 확인하기 위하여 Fig. 14와 같은 프로파일 도표로 나타내었다. Type 2에서 Edge가 35 mm에서 40 mm으로 증가하자 Type 1, 3보다 급격한 증가를 하는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 의성종 씨마늘은 Type 2에서 Edge가 미치는 영향이 큰 것을 확인하였다. 이는 남해종 씨마늘의 실험결과에서도 설명했다시피 흡입된 공기와 씨마늘에 미치는 영향과 씨마늘이 흡착면과 접촉하는 면적이 미치는 영향이 동시에 작용하여 서로의 상호작용에 의해 유의성이 있는 것으로 추측되지만 추가적인 실험을 통한 원인 분석이 필요한 것으로 판단된다. 따라서 한지형 마늘 품종인 의성의 경우엔 평균 다립률와 평균 배종율을 볼 때 약 92%의 배종율을 보이며 약 25%의 다립률을 보이는 흡착면의 너비가 35 mm이며 Type 1, 가이드의 높이는 4 mm인 실리콘 흡착틀의 경우가 가장 배종성능이 우수한 것으로 판단되었다.
Table 6. ANOVA table of multiple rate for Uiseong garlic.
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Df, degree of freedom; Sig., significance. z R squared = 0.903 (adjusted R squared = 0.858). |
가이드의 높이에 따른 배종률과 다립률 비교
진공식 씨마늘 배종장치의 흡착부 형상이 배종 성능에 관한 영향을 규명하기 위하여 남해종과 의성종 씨마늘에 대하여 Edge, Type, Guide의 3가지 설계 요인에 관한 배종률과 다립률을 분석하였다. 3가지 요인 중 가이드의 영향이 모든 경우에 영향을 주는 것으로 분석되어 가이드의 높이에 따른 배종률, 다립률을 Type과 흡착면의 지름, 씨마늘의 종류에 관계없이 평균을 내어 Fig. 15에 나타내었다. 평균 배종률은 가이드가 없는 0 mm 가이드에서 8 mm 가이드까지 점차적으로 증가하는 경향을 나타내었으며, 다립률 역시도 점차적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 0 mm 가이드의 경우에는 평균 81.0%의 배종률을 보였으며, 4 mm에서는 90.5%를 보였고, 8 mm에서는 95.4%의 가장 높은 배종률을 보였다. 다립률은 0 mm 가이드에서 11.5%, 4 mm 가이드에서 21.6%, 8 mm 가이드에서는 31.1%의 다립률을 보였다. 가이드가 없는 흡착틀의 경우 흡착면과 관계없이 상대적으로 낮은 배종률과 낮은 다립률을 보였는데 낮은 배종률은 완벽하게 밀착이 되지 않은 상태에의 선행 중이던 씨마늘이 이송 중 탈락하며 후행하고 있던 씨마늘과 접촉하게 되며 배종을 방해하는 경우가 발생한 것으로 판단되었다.
농민의 요구치인 90%의 배종률(KITECH, 2014)을 위해서는 4 mm 이상의 가이드를 사용해야 하지만 그 이상의 배종률을 확보하기 위해서는 8 mm 이상의 가이드를 사용해야 한다. 하지만 다립률은 가이드 높이 4 mm 이상에서는 두 품종 모두에서 약 20%가 넘는 높은 다립률이 나타나 다립률을 줄일 수 있는 추가적인 장치가 필요할 것으로 보인다. 다립률을 감소시켜 줄 수 있는 Choi et al. (2001)의 마늘파종기용 배종장치에서와 같이 진동발생 장치의 설치, 배종판 경사각도의 변경과 같은 장치를 추가하거나 설계요인을 변경한다면 8 mm 이상의 가이드를 선정하는 것이 유리할 것으로 판단되나 현재의 시스템에서는 설계 요인 중 가장 영향을 미치는 것으로 나타난 가이드의 높이를 4 mm로 선택하면 90% 이상의 배종률을 실현할 수 있을 것으로 판단된다.
Conclusion
본 연구에서는 배종률 90% 이상이며 배종 속도가 초당 1.5회 이상의 고속, 정밀 배종을 목표로 하는 진공식 씨마늘 배종 장치를 개발하기 위하여 흡착면 지름 크기(Edge), 흡착틀의 곡률(Type)과 가이드 높이(Guide)의 3가지 설계 요인에 의한 배종성능(배종률, 다립률) 평가를 남해종과 의성종 씨마늘을 대상으로 실시하였다.
남해종 마늘에서 가장 우수한 것으로 판단되는 실리콘 흡착틀은 40 mm 흡착면의 지름, 흡착면의 곡률 35 mm, 가이드의 높이 4 mm 일 때가 가장 우수한 것으로 판단하였고, 의성종 마늘에서는 35 mm 흡착면의 지름, 흡착면의 곡률 30 mm, 가이드의 높이 4 mm 일 때가 가장 우수한 것으로 판단하였다.
난지형 씨마늘인 남해종과 한지형 씨마늘인 의성종 모두에 있어서 가이드의 높이는 배종률에 유일하게 영향을 미치는 설계요인으로 나타났으며, 다립률에 있어서도 영향을 크게 미치는 요인임을 확인하였다. 하지만 남해종 씨마늘의 다립률에 있어서는 배종률과 다른 양상이 나타났는데 남해종 마늘의 다립률에서 Edge와 Type의 개별적인 유의성은 나타나지 않았지만 Edge-Type 간의 상호작용(85% 신뢰수준)이 발생함을 알 수 있었고, Guide-Edge-Type 에서도 상호작용(95% 신뢰수준)이 발생함을 확인하였다. 의성종 씨마늘의 다립률 실험결과에서는 Guide 독자적 요인과 Edge-Type의 상호작용에서 유의성이 있는 것으로 나타났는데 남해종 씨마늘의 실험결과에서 Edge-Type의 상호작용 신뢰수준은 다소 낮은 수준에서 유의성이 발견되었지만, 의성종 씨마늘의 실험결과에서는 95%의 신뢰수준에서 유의성이 나타났다. 이는 실험에 사용되었던 남해종 씨마늘이 의성종 씨마늘에 비해 두께가 두꺼운 형상을 하고 있어 다립률에 대한 설계요인이 영향의 차이를 보이는 것으로 된다.
씨마늘의 종류, 흡착면의 지름과 곡률 등의 다른 요소를 배제하고 배종성능에 가장 영향을 크게 미치는 설계요인으로 판단된 가이드의 높이에 따른 배종률과 다립률을 비교하였을 때 8 mm의 가이드에서 가장 높은 배종률과 다립률을 보였으며, 0 mm에서 가장 낮은 배종률과 다립률을 보였다. 현재의 시스템에서는 설계 요인 중 가장 영향을 미치는 것으로 나타난 가이드의 높이를 4 mm로 선택하면 90% 이상의 배종률을 실현할 수 있을 것으로 판단되었다.
